川南长宁地区构造变形特征及其与页岩气保存条件关系

文冉 衡德 陈伟 谢凌峰 廖梓翔

1. 四川长宁天然气开发有限责任公司 四川 成都 610000

2. 西南石油大学地球科学与技术学院 四川 成都 610000

长宁地区位于四川盆地南部，其下志留统龙马溪组页岩气资源丰富，优质页岩储层分布稳定，被列为国家级页岩气示范区，具有良好的勘探开发潜力[1]。长宁地区位于川南低陡褶皱带和娄山褶皱冲断带之间，受造受江南雪峰造山作用向北西方向递进扩展的影响，区域内构造样式多样，控制因素复杂[2]。页岩气的保存条件受褶皱断层等构造作用的强烈控制[3]。根据现有的勘探开发成果优选的勘探目标生产产量差异巨大，表明长宁地区的构造变形的研究分析对页岩气勘探开发的进一步发展有重要影响。但现今明确针对构造变形与长宁页岩气关系的系统性研究较为缺乏[4]，因此本文以长宁地区的地震、露头以及钻井资料为基础，对区域内发育的典型构造进行了几何分析，并开展了数值正演模拟，分析了构造变形的运动学机制和演化过程，最后结合现有的生产数据，探讨了构造变形对页岩气保存的影响，为长宁页岩气下一步的勘探发育提供一定帮助。

1 长宁构造变形特征

长宁地区地处四川盆地南缘，北与华蓥山褶皱带西倾伏段相接，南毗邻云贵高原，西邻鲜水河大型走滑断裂带。因此，长宁地区处在不同构造带相互叠加、影响的区域，构造变形异常复杂。长宁地区构造存在2个大的构造带，一是北西西走向的构造带，以长宁背斜及其东部区域以及北西区域的天宫堂构造为代表；二是北东走向的构造带，主要分布在长宁页岩气勘探区块的中部，为华蓥山褶皱带西倾伏段的延伸，平面上呈线状分布，包括灯杆坝背斜和贾村溪背斜为代表。

1.1 北西向构造带的变形特征

受印藏碰撞的远程效应影响，渐新世晚期至今，大凉山构造带北东向挤压变形逐渐增大，构造应力传递至盆内，使得长宁地区受到北西-南东向的挤压作用，形成一系列北西走向褶皱构造，主要发育长宁背斜、建武向斜、罗场向斜以及天宫堂构造等。

长宁背斜为区域内大型的主体构造，其东南部较宽，向西北背斜宽度逐渐变窄。背斜的脊线呈北西-南东走向，在西北端发生弧形弯曲，背斜脊线转为北东-南西走向，即灯杆坝背斜。研究人员发现背斜核部地区发育一系列逆冲断层，但断层规模小，长度一般为5～8 km。

源自背斜南部山前的北东向挤压使得深部涉及基底的断裂以高角度向上逆冲，形成长宁背斜，并在断层前端诱发系列反向逆冲断层，与逆冲主断层组合成次级的“突发构造”，使得在背斜东段的前翼（北翼）叠加了局部构造变形。随着北东向挤压的持续，深部向上的逆冲断层在寒武系下部的软弱层转入顺层滑脱，使得挤压应力向北传递，并在北部区域发生逆冲，形成低幅度的东西向背斜构造带。

天宫堂构造带位于长宁探区的西北端，核部出露三叠系须家河组地层，受北西向挤压的影响，背斜的枢纽呈小的不规则弯曲，在背斜的北段，褶皱走向发生向西的转折。从过背斜中段的地震剖面上看，天宫堂构造是受深部逆冲断层作用控制的逆冲推覆构造，断层从基底中低角度向北东推挤、滑脱、高角度逆冲，造成褶皱变形。天宫堂背斜南翼四级断裂体系较为发育，断距小，一般错断1～2个相位，为加里东期形成的断裂体系。

1.2 北东向构造带的变形特征

长宁区域的北东向构造带属于华蓥山褶皱带西倾伏端，主要由南向北的逆冲推覆形成的隔档式高陡褶皱带组成（图1）。挤压源自长宁背斜深部基底，断层以高角度向上逆冲，在建武向斜西侧形成北东向的短轴状背斜。

图1 长宁背斜构造变形样式

受北东向挤压的影响，南部山前涉及基底的高角度逆冲造成南部山前的构造抬升，深部涉及基底的断层在前陆北东方向出现逆冲推覆，形成长宁背斜（断层传播褶皱），在北东方向上形成了向斜变形；在北西方向上，建武向斜西部和东部均存在基底卷入式逆冲断层，向上的逆冲过程导致东西两侧的抬升，使得东西向上也出现向斜变形。

罗场向斜平面上近北东向展布，为一短轴状构造带，长短轴比约3∶1（图1），北西方向上，向北西的挤压导致建武向斜西侧深部逆冲断层的出现，造成向斜东翼的抬升。另外，大部分位移量沿寒武系底部的软弱层向北西方向滑脱，在前方诱发反向逆冲推覆，形成灯杆坝背斜。由此可见，现今短轴状的罗场向斜受北东向和北西向双侧挤压应力场控制。罗场向斜的北部区域为灯杆坝背斜、长宁背斜西倾伏段，两者构成了罗场向斜的北部边界。受灯杆坝背斜向西倾伏的影响，罗场向斜往西两翼倾角逐渐变小，向斜变形幅度变缓。罗场向斜东段，向斜形态逐渐变窄，受建武西段推覆构造的影响，滑脱断层在向斜逆冲，诱发“突发构造”。灯杆坝背斜是由沿寒武系底部向北西挤压的滑脱断层向上逆冲所致，在灯杆坝背斜西段，向北西挤压的滑脱断层向地表逆冲，诱发次级反向逆冲断层，导致“突发构造”背斜变形，构造活动以正向逆冲为主。背斜北翼陡、南翼缓，呈不对称形态。

综上所述，长宁地区主要发育长宁现今的构造样式由北西向和北东向两组构造组成，分别由北东向和北西向两期挤压作用叠加形成。

2 长宁地区构造运动学及其与页岩气保存条件关系

研究表明：页岩气的富集与保存评价是页岩气勘探开发中进行甜点区预测及有利区优选评价的关键。页岩气作为非常规气与常规气藏最大的不同使其气藏类型属于自生自储型，在进行保存条件研究时，不仅要考虑自身属性的基本特征，而且后期的构造演化过程及改造特征是影响页岩气保存条件的关键，构造、断裂发育特征及演化、地层倾角等以及页岩裂缝发育情况，均对页岩保存条件产生影响。构造变形过程及其构造样式对决定了页岩层的构造保存条件，因此开展构造变形样式认识页岩气保存条件，判识气藏破坏的关键构造因素具有重要意义。

2.1 褶皱变形与页岩气保存条件关系

长宁地区主要的褶皱构造，包括北西向的长宁背斜、天宫堂构造以及北东向的灯杆坝背斜、贾村溪背斜、双河坝背斜等，具有相似的构造几何特征，包括褶皱前翼陡窄，后翼宽缓，而断层表现为地表断距较小，深部逐渐增大，均符合断层传播褶皱的一般特征。由于断层传播褶皱不同位置的运动学过程、变形强度差异很大，因而不同部位对页岩气保存条件按的影响也不同。褶皱前翼位置，特别是位于断层三角剪切带内区域，岩石受到强烈且复杂的挤压和剪切作用，不仅可能造成上下贯通性的次级断层裂隙，造成部分页岩气的逸散，同时而对先存的孔隙进行改造压实，进一步破坏了页岩气保存条件。

2.2 主干断裂与页岩气保存条件关系

分析来看，靠近主干断层附近区域页岩气保存条件会受到较大影响，实际的勘探开发数据也证实了这点，但这一结论反应构造对页岩气保存条件影响的分析并不全面。本研究为定量分析断层相关要素与页岩气建产区生产资料之间的关系，首先对建产区的断层要素进行详细统计，断层统计要素包括生产平台与二级断层、三级断层的距离；生产平台与最近断层距离；生产平台最近距离断层的延伸长度、断距大小；生产平台2km范围内的不同级别的断层发育数量；生产平台与其2km范围内发育断层的平均距离；生产平台与其2km范围内发育断层的平均延伸长度；生产平台与其2km范围内发育断层的平均断距等要素。相关关系定量分析及相关性投图分析结果均显示，宁201井区-宁209井区内最近二级断层的距离与相应平台的产气量在数量上呈大致负相关关系，相关系数为-0.273，而一定范围内的断层平均延伸长度和断层平均断距，均与产气量呈正相关关系，相关系数分别为0.309及0.358，表明两者可以作为页岩气保存条件评判的重要参数指标。宁201-宁209井区统计结果显示，产气量和与附近二级断层距离、断层长度和断距的关系表明断层对页岩气的保存起了正向作用。

3 结论

（1）长宁现今的构造样式由北西向和北东向两组构造组成，分别由北东向和北西向两期挤压作用叠加形成。

（2）主干断层附近、断层传播褶皱前翼剪切带内，构造变形强烈，对页岩气保存破坏作用明显，距离大断层距离近的气藏受到强烈破坏。

（3）宁201-宁209井区统计结果显示，钻井产气量和与附近二级断层距离负相关，与断层长度和断距呈正相关，表明断层对一定范围内页岩气的保存起了正向作用，可能是相对微弱的变形产生了次级断层和裂缝，改善了储集空间。